实验七 水中硝酸盐氮、硫酸盐及氨氮的测定
(一)水中硝酸盐氮的测定
1.1 麝香草酚分光光度法
1.1.1 范围
本标准规定了用麝香草酚分光光度法测定生活饮用水及其水源水中的硝酸盐氮。 本法适用于生活饮用水及其水源水中硝酸盐氮的测定。
本法最低检测质量为0.5μg硝酸盐氮,若取1.00 mL水样测定,则最低检测质量浓度为0.5 mg/L。
亚硝酸盐对本标准呈正干扰,可用氨基磺酸铵除去;氯化物对本标准呈负干扰,可用硫酸银消除。
1.1.2原理
硝酸盐和麝香草酚在浓硫酸溶液中形成硝基酚化合物,在碱性溶液中发生分子重排,生成黄色化合物,比色测定。415nm
1.1.3试剂
1.1.3.1 氨水(?=0. 88 g/ mL)。
1.1.3.2 乙酸溶液(1+4)。
1.1.3.3 氨基磺酸铵溶液(20 g/L):称取2.0 g氨基磺酸铵(NH4S03NH2),用乙酸溶液(1+4)溶解,并稀释为100 mL。
1.1.3.4 麝香草酚乙醇溶液(5 g/L):称取0.5 g麝香草酚[(CH3)(C3H7)C6H3OH,Thymol,又名百里酚],溶于无水乙醇中,并稀释至100mL。
1.1.3.5 硫酸银硫酸溶液(10g/L):称取1.0g硫酸银(Ag2SO4),溶于100mL硫酸(?=1.84 g/mL)中。
1.1.3.6硝酸盐氮标准储备溶液[?(NO3--N)=1 mg/mL]:称取7.2180g经105℃~110℃干燥lh的硝酸钾(KNO3),溶于纯水中,并定容至1000mL。加2mL三氯甲烷为保存剂。
1.1.3.7硝酸盐氮标准使用溶液[?(NO3--N)=10ug/mL]:吸取5.00mL硝酸盐氮标准储备溶液(1.1.3.6)定容至500mL。
1.1.4仪器
1.1.4.1 具塞比色管:50mL。
1.1.4.2 分光光度计。
1.1.5 分析步骤
1.1.5.1 取1. 00mL水样于干燥的50mL比色管中。
1.1.5.2 另取50 mL比色管6支,分别加入硝酸盐氮标准使用溶液(1.1.3.7) 0mL,0.05mL,
0.10mL,0.30mL,0.50mL,0.70mL和1.00mL,用纯水稀释至1.00mL。
1.1.5.3 向各管加入0.1mL氨基磺酸铵溶液,摇匀后放置5min。
1.1.5.4各加0.2mL麝香草酚乙醇溶液(1.1.3.4)。
注:由比色管中央直接滴加到溶液中,勿沿管壁流下。
1.1.5.5摇匀后加2mL硫酸银硫酸溶液(1-1.3.5),混匀后放置5min。消除氯离子干扰
1.1.5.6加8mL纯水,混匀后滴加氨水(1.1.3.1)至溶液黄色到达最深,并使氯化银沉淀溶解为
止(约加9mL)。加纯水至25mL刻度,混匀。显色
1.1.5.7 于415nm波长,2cm比色皿,以纯水为参比,测量吸光度。
1.1.5.8 绘制标准曲线,从曲线上查出样品中硝酸盐氮的质量。
1.1.6计算
水样中硝酸盐氮的质量浓度计算见下式:
?(NO3??N)?
式中: mV
? ?(NO3?N) ——水样中硝酸盐氮的质量浓度,单位为毫克每升( mg/L);
m ——从标准曲线查得硝酸盐氮的质量,单位为微克(μg); V ——水样体积,单位为毫升(mL)。
(二)水中氨氮的测定
1.1 纳氏试剂分光光度法
1.1.1范围
本标准规定了用纳氏试剂分光光度法测定生活饮用水及其水源水中的氨氮。 本法适用于生活饮用水及其水源水中氨氮的测定。
本法最低检测质量为1.0μg氨氮,若取50 mL水样测定,则最低检测质量浓度为0.02
mg/L。
水中常见的钙、镁、铁等离子能在测定过程中生成沉淀,可加入酒石酸钾钠掩蔽。水样中余氯与氨结合成氯胺,可用硫代硫酸钠脱氯。水中悬浮物可用硫酸锌和氢氧化钠混凝沉淀除去。
硫化物、铜、醛等亦可引起溶液浑浊。脂肪胺、芳香胺、亚铁等可与碘化汞钾产生颜色。水中带有颜色的物质,亦能发生干扰。遇此情况,可用蒸馏法除去。
1.1.2原理
水中氨与纳氏试剂(K2HgI4)在碱性条件下生成黄至棕色的化合物(NH2Hg2OI),其色度与氨氮含量成正比。420nm
1.1.3试剂
本法所有试剂均需用不含氨的纯水配制。无氨水可用一般纯水通过强酸型阳离子交换树脂或者加硫酸和高锰酸钾后重蒸馏制得。
1.1.3.1 硫代硫酸钠溶液(3.5g/L):称取0.35g硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H20)溶于纯水中,并稀释至100mL。此溶液0.4mL能除去200mL水样中含1 mg/L的余氯。使用时可按水样中余氯的质量浓度计算加入量。水样中存在余氯,其会与NH3-N反应生成N2导致NH3-N测试结果偏低。可以向水中投加硫代硫酸钠把余氯给还原反应掉。
1.1.3.2 四硼酸钠溶液(9.5 g/L):称取9.5g四硼酸钠(Na2B4O7·10H20)用纯水溶解,并稀释为1 000mL。
1.1.3.3氢氧化钠溶液(4 g/L)。
1.1.3.4硼酸盐缓冲溶液:量取88mL氢氧化钠溶液(9.1.3.3),用四硼酸钠溶液(9.1.3.2)稀释为1000mL。
1.1.3.5 硼酸溶液(20 g/L)。
1.1.3.6 硫酸锌溶液(100 g/L):称取10 g硫酸锌(ZnSO4·7H20),溶于少量纯水中,并稀释至100mL。
1.1.3.7氢氧化钠溶液(240 g/L)。
1.1.3.8 酒石酸钾钠溶液(500 g/L):称取50 g酒石酸钾钠(KNaC4H406·4H2 0),溶于100mL纯水中,加热煮沸至不含氨为止,冷却后再用纯水补充至100mL。
1.1.3.9氢氧化钠溶液(320 g/L)。
1.1.3.10纳氏试剂:称取100 g碘化汞(HgI2)及70 g碘化钾(KI),溶于少量纯水中,将此溶液缓缓倾人已冷却的500mL氢氧化钠溶液(1.1.3.9)中,并不停搅拌,然后再以纯水稀释至1000mL。储于棕色瓶中,用橡胶塞塞紧,避光保存。试剂有毒,应谨慎使用。 注:配制试剂时应注意勿使碘化钾过剩.过量的碘离子将影响有色络合物的生成,使发色变浅。储存已久的纳氏试剂,使用前应先用已知量的氨氮标准溶液显色,并核对吸光度;加入试剂后2h内不得出现浑浊,否则应重新配制。
1.1.3.11 氨氮标准储备溶液[?(NH3-N) =1.00 mg/mL]:将氯化铵(NH4Cl)置于烘箱内,在105℃烘烤lh,冷却后称取3.8190 g,溶于纯水中于容量瓶内定容至1000mL。
1.1.3. 12 氨氮标准使用液[?(NH3-N) =10. 00μg/mL](临用时配制):吸取10. 00mL氨氮标准储备溶液(1.1.3.11),用纯水定容到1000mL。
1.1.4仪器
1.1.4.1 全玻璃蒸馏器:500mL。
1.1.4.2具塞比色管:50mL。
1.1.4.3分光光度计。
1.1.5样品的预处理
水样中氨氮不稳定,采样时每升水样加0.8mL硫酸(?=1. 84 mg/L),4℃保存并尽快分析。采样过程中加入硫酸调节pH小于2,可以延缓水样中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、有机氮之间的转变速度
无色澄清的水样可直接测定。色度、浑浊度较高和干扰物质较多的水样,需经过蒸馏或混凝沉淀等预处理步骤。
1.1.5.1 蒸馏
1.1.5.1.1 取200mL纯水于全玻璃蒸馏器中,加入5mI硼酸盐缓冲液(1.1.3.4)及数粒玻璃珠,加热蒸馏,直至馏出液用纳氏试剂(1.1.3.10)检不出氨为止。稍冷后倾出并弃去蒸馏瓶中残
液,量取200mL水样(或取适量,加纯水稀释至200mL)于蒸馏瓶中,根据水中余氯含量,计算并加入适量硫代硫酸钠溶液(1.1.3.1)脱氯。用氢氧化钠溶液(1.1.3.3)调节水样至呈中性。
1.1.5.1.2加入5mL硼酸盐缓冲液(1.1.3.4),加热蒸馏。用200mL容量瓶为接收瓶,内装20mL硼酸溶液(1.1.3.5)作为吸收液。蒸馏器的冷凝管末端要插入吸收液中。待蒸出150mL左右,使冷凝管末端离开液面,继续蒸馏以清洗冷凝管。最后用纯水稀释至刻度,摇匀,供比色用。
1.1.5.2混凝沉淀
取200mL水样,加入2mL硫酸锌溶液(1.1.3.6),混匀。加入0.8mL~lmI。氢氧化钠溶液 (1.1.3.7),使pH值为10.5,静置数分钟,倾出上清液供比色用。经硫酸锌和氢氧化钠沉淀的水样,静置后一般均能澄靖。如必需过滤时,应注意滤纸中的铵盐对水样的污染,必需预先将滤纸用无氨纯水反复淋洗,至用纳氏试剂检查不出氨后再使用。
1.1.6分析步骤
1.1.6.1 取50.0 mL澄清水样或经预处理的水样(如氨氮含量大于0.1 mg,则取适量水样加纯水至50mL)于50mL比色管中。
1.1.6.2另取50mL比色管8支,分别加入氨氮标准使用溶液(1.1.3.12)0mL、0.10mL、0.20mI、0. 30mL、0.50mL、0.70mL、0.90mL及1.20mL,对高浓度氨氮的标准系列,则分别加入氨氮标准使用溶液(9.L 3.12)0mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00rnL及10.00mL,用纯水稀释至50mL。
1.1.6.3 向水样及标准溶液管内分别加入1mL酒石酸钾钠溶液(1.1.3.8)(经蒸馏预处理过的水样,水样及标准管中均不加此试剂),混匀,加1.0mL纳氏试剂(1.1.3.10)混匀后放置10 min,于420nm波长下,用1 cm比色皿,以纯水作参比,测定吸光度;如氨氮含量低于30 Fr.9,改用3cm比色皿,低于10 lig可用目视比色。
注:经蒸馏处理的水样,只向各标准管中各加5mI硼酸溶液(1.1.3.5),然后向水样及标准管各加2mL纳氏试剂 (1.1.3.10)。
1.1.6.4绘制标准曲线,从曲线上查出样品管中氨氮含量,或目视比色记录水样中相当于氨氮标准的质量。
1.1.7计算
水样中氨氮的质量浓度计算见下式:
?(NH3?N)?m
V
式中:?(NH3 - N) ——水样中氨氮的质量浓度,单位为毫克每升( mg/L);
m——从标准曲线上查得的样品管中氨氮的质量,单位为微克(μg); V——水样体积,单位为毫升(mL)。
(三)水中硫酸盐的测定
1.1 硫酸钡比浊法
1.1.1 范围
本标准规定了用硫酸钡比浊法测定生活饮用水及其水源水中的硫酸盐。
本法适用于生活饮用水及其水源水中可溶性硫酸盐的测定。
本法最低检测质量为0. 25mg.若取50mL水样测定,则最低检测质量浓度为5.0mg/L。 本法适用于测定低于40 mg/L硫酸盐的水样。搅拌速度、时间、温度及试剂加入方式均能影响比浊法的测定结果,因此要求严格控制操作条件的一致。
1.1.2原理
水中硫酸盐和钡离子生成硫酸钡沉淀,形成浑浊,其浑浊程度和水样中硫酸盐含量呈正比。
1.1.3试剂
1.1.3.1 硫酸盐标准溶液[?(SO42-)=1 mg/mL]:称取1.4786 g无水硫酸钠(Na2 S04)或1.8141g无水硫酸钾(K2SO4),溶于纯水中,并定容至1000mL。
1.1.3.2稳定剂溶液:称取75 g氯化钠(NaCl),溶于300mL纯水中,加入30mL盐酸(?=1. 19g/mL)、50rnL甘油(丙三醇)和100mL乙醇(p(C2H5OH)=95%),混合均匀。
1.1.3.3 氯化钡晶体(BaCl2·2H2O),20目~30目。
1.1.4仪器
1.1.4.1 电磁搅拌器。
1.1.4.2浊度仪或分光光度计。
1.1.5分析步骤
1.1.5.1 吸取50mL水样于100ml烧杯中,若水样中硫酸盐浓度超过40mg/L,取适量水样并稀释至50mL。
1.1.5.2加入2.5mL稳定剂溶液(1.1.3.2),调节电磁搅拌器速度,使溶液在搅拌时不溅出,并
能使0.2g氯化钡晶体(1.1.3.3)在10s~30s之间溶解。固定此条件,在同批测定中不应改变。
1.1.5.3 取同型100mL烧杯6个分别加入硫酸盐标准溶液(1.1.3.1) 0mL,0.25mL,0.50mL,1.00mL,1.50mL和2.00mL。各加纯水至50mL。使硫酸盐浓度分别为0mg/L,5.0mg/L,10.0mg/L,20.0mg/L,30.0mg/L和40.0 mg/L(以SO42-计)。
1.1.5.4另取50mL水样于标准系列在同一条件下,在水样与标准系列中各加入2.5mL稳定剂溶液(1.1.3.2),待搅拌速度稳定后加入0.2g氯化钡晶体(1.1.3.3)并立即计时,搅拌60s士5s。各烧杯均从加入氯化钡晶体起计时,到准确10min时于420nm波长,3cm比色皿,以纯水为参比,测量吸光度。或用浊度仪测定浑浊度。
1.1.5.5绘制工作曲线,从曲线上查得样品中硫酸盐质量。
1.1.6计算
水样中硫酸盐(SO42-)质量浓度的计算见下式:
?(SO42?)?
式中: m?1000V
?(SO42-) ——水样中硫酸盐(SO42-)质量浓度,单位为毫克每升(mg/L);
m——从工作曲线上查得的硫酸盐质量,单位为毫克(mg);
V——水样体积,单位为毫升(mL)。
实验三 水中氨氮的测定
一、实验目的及要求
(1) 掌握滴定法测定水中氨氮的原理、方法以及水样的预处理;
(2) 预习有关样品前处理、含氮化合物的测定。
二、原理
1、水样的预处理
水样带色或浑浊以及含其他一些干扰物质,影响氨氮的测定。为此,在分析时需作适当的预处理。对较清洁的水,可采用絮凝沉淀法;对污染严重的水或工业废水,则用蒸馏法消除干扰。
①絮凝沉淀法
加适量的硫酸锌于水样中,并加氢氧化钠使呈碱性,生成氢氧化锌沉淀,再经过滤除去颜色和浑浊等。
②蒸馏法
调节水样的pH使在6.0~7.4的范围,加入适量氧化镁使呈微碱性,蒸馏释放出的氨被吸收于硫酸或硼酸溶液中。采用纳氏比色法或酸滴定法时,以硼酸溶液为吸收液;采用水杨酸—次氯酸盐比色法时,则以硫酸溶液作吸收液。
2、水中氨氮的测定
选用滴定法测定水中氨氮的含量,该方法仅适于用蒸馏法预处理的水样。以甲基红-亚甲蓝为指示剂,用硫酸标准溶液滴定吸收了蒸馏释出氨的硼酸溶液中的氨或铵(以N 计)。
当水样中含有在此条件下可被蒸馏出并在滴定时能与酸反应的物质,如挥发性胺类等,则将使测定结果偏高。
三、仪器和试剂
1.仪器
氨氮蒸馏装置:由500ml凯式烧瓶、氮球、直形冷凝管和导管组成(如图),冷凝管末端可连接一段适当长度的滴管,使出口尖端浸入吸收液液面下约2cm。
2. 试剂
(1) 水:无氨水,用下述方法之一制备。
①离子交换法
蒸馏水通过强酸性阳离子交换树脂(氢型)柱,将流出液收集在带有磨口玻璃塞的玻璃瓶内。每升流出液加10g 同样的树脂,以利于保存。
②蒸馏法
在l000ml 的蒸馏水中,加0.lml 硫酸(ρ=1.84g/mL),在全玻璃蒸馏器中重蒸馏,弃去前50ml馏出液,然后将约800ml 馏出液收集在带有磨口玻璃塞的玻璃瓶内。每升馏出液加10g 强酸性阳离子交换树脂(氢型)。
(2) 硫酸标准溶液(C1/2H2SO4=0.020mol/L):分取 5.6 mL(1+9)硫酸溶液于1000mL容量瓶中,稀释至标线,混匀。按下列操作进行标定:称取经180℃干燥 2h的基准试剂级无水碳酸钠(Na2CO3)约 0.5g(称准至0.0001g),溶于新煮沸放冷的水中,移入 500mL容量瓶中。取25mL碳酸钠溶液,加 1滴 0.05%甲基橙指示液,用硫酸溶液滴定至淡橙红色止。记录用量,用下式计算硫酸溶液的浓度。
式中:W——碳酸钠的重量(g);
V——消耗硫酸溶液的体积(mL)。
(3) 盐酸溶液:c(HCl)=1mol/L。
(4) 氢氧化钠溶液:c(NaOH) =1mol/L
(5) 轻质氧化镁(MgO):不含碳酸盐,在500℃下加热氧化镁,以除去碳酸盐。
(6) 0.05%甲基橙指示液。
(7) 0.05%溴百里酚蓝指示液(pH6.0~7.6)。
(8) 混合指示液:称取 200mg 甲基红溶于 100 mL 95%乙醇,另称取 100mg亚甲蓝溶于 100 mL 95%乙醇中,以两份甲基红溶液与一份亚甲蓝溶液混合后备用。混合液一个月配制一次。
(9) 硼酸(H3BO3)吸收液:称取20g硼酸溶于水稀释至1L。
(10) 沸石:如玻璃珠。
四、测定步骤
1、水样的预处理
本实验选用“蒸馏法”:取250 ml水样,移入凯式烧瓶中,加数滴溴百里酚蓝指示液,必要时,用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节至pH 7左右。加入0.25 g轻质氧化镁和数粒玻璃珠,立即连接氮球和冷凝管,导管下端插入吸收液(50ml硼酸溶液)面下,加热蒸馏,至馏出液达200 ml时,停止蒸馏。
2、水样的测定
将全部馏出液转移到锥形瓶中,定容至250 ml,向硼酸吸收液中加4滴混合指示液,用硫酸标准溶液滴定至绿色转变为淡紫色,并记录消耗的硫酸标准溶液的体积。。
3、空白实验:以无氨水代替水样,同水样全程步骤进行测定。
4、实验数据计算及记录
氨氮(N,mg/L)=
式中: A——滴定试样所消耗的硫酸标准溶液的体积,ml;
B——滴定空白试验所消耗的硫酸标准溶液的体积,ml;
M——滴定用的硫酸标准溶液的浓度,mol/L;
V—— 所取水的体积,ml;
14——氨氮的摩尔质量, g/moL。
5、实验室质量控制要求
每六组测定同一个水样(自来水或河水)的氨氮,采用t检验或方差分析等统计方法以实现实验室间质量控制要求(包括数据的取舍,有效数据的保留等);
6、注意事项
① 在蒸馏刚开始时,氨气蒸出速度较快,加热不能过快,否则造成水样暴沸,馏出液温度升高,氨吸收不完全。馏出液速率应保持在(8~10)ml/min。
② 使用250mL水样,实际测定的最低检出浓度为含氮0.2mg/L,测定下限为0.8mg/L。
③ 蒸馏结束,为防止倒吸,先将凯式烧瓶口的胶塞拔出,再停止加热。
7、思考题:
1、 在蒸馏比色测定氨氮时,为什么要调节水样的pH在7左右?pH偏高或偏低对测定结果有何影响?
2、 为什么采用蒸馏法进行预处理?
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